Теплотехнический расчет камерной нагревательной печи

Министерство науки  и образования Российской Федерации

Саратовский Государственный Технический  Университет им.Гагарина Ю.А

 

Кафедра «Промышленная  теплотехника»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине: «Энергоиспользование в высокотемпературных  технологиях»

 

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КАМЕРНОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

КФБН 100700.861

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент

группы ПТЭ-42

Громов Д.И

Проверил:

Озеров Н.А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Саратов 2013

Реферат

 

Курсовая работа содержит 21 страницы, 1 рисунок, 1 таблицу и 1 приложение

 

КАМЕРНАЯ ПЕЧЬ, ТОПЛИВО, ЗАГОТОВКА, ТЕПЛОПЕРЕДАЧА, СВОД, ПОД, РАБОЧАЯ КАМЕРА, ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ, ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, ТЕПЛОПОТЕРИ, ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ, ТЕПЛООБМЕН, РАБОЧЕЕ ПРОСТРАНСТВО ПЕЧИ, КАЛОРИМЕТРИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРА

 

 

 

 

Цель – ознакомление с конструкцией проектируемой печи и ее основными элементами, овладение методикой расчета и основами проектирования камерных печей,  а также закрепление теоретических и практических знаний, полученных при изучении дисциплины. 

 

Основные результаты:

1. L = 1.1 м
2. B = 3.05 м
3. H = 0.87 м
4. B_топ = 0.0067 м³/с
5. b = 0.04 кг/с
6. ƞ = 52,01 %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение . . . . . . . . . . 4

Исходные данные . . . . . . . . . 5

1. Расчет горения топлива . . . . . . . 6
2. Определение размеров рабочего пространства печи . . . 9
3. Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи . 10
4. Расчет времени нагрева заготовок . . . . . 14
5. Уточнение основных размеров рабочего пространства печи . 15
6. Тепловой баланс печи . . . . . . . 16

Заключение . . . . . . . . . . 20

Список использованной литературы . . . . . . 21

Приложение:  Эскиз камерной печи (А3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Высокотемпературные процессы лежат в основе важнейших производств  в черной и цветной металлургии, нефтяной и нефтехимической промышленности, производства строительных материалов и осуществляются в промышленных печах. Тепловая работа печи протекает в ее рабочем пространстве, где одновременно происходит процессы горения и передача тепла от источника к поверхности нагреваемого материала. Производительность печи, а также форма и размеры ее рабочего пространства зависят от свойств, размеров и режима нагрева изделий, их размещения в печи, выбор способа сжигания топлива и других факторов. Нагреваемые изделия в печах в большинстве случаев располагаются на поду печи. Процесс передачи тепла от факела к поверхности нагреваемого материала протекает в результате излучения на поверхность материала и омывания нагреваемых тел потоком продуктов сгорания топлива. В соответствии с этим рабочее пространство печи должно быть рассчитано и спроектировано так, чтобы обеспечить условия полного сжигания топлива и интенсивность теплообмена продуктов сгорания топлива с поверхностью нагреваемого материала. Режим работы нагревательных печей определяется характером изменений температуры во времени и в рабочем пространстве печи теплового потока, падающего на металл. Режим нагрева, при котором температура изменяется по длине рабочего пространства, называется методическим, а печи, работающие в этом режиме, - методическими. В таких печах, как правило используется принцип противоточного движения металла и продуктов горения, что позволяет более равномерно нагревать изделие и обеспечить более полное использование тепловой энергии продуктов горения топлива в рабочем пространстве печи. Эти печи обычно имеют рабочую камеру удлиненной формы, в виде туннеля постоянного или переменного сечения, а топливосжигающее устройство располагается преимущественно на торцовой стене печи, противоположной садочному окну. Рабочее пространство таких печей разделяется на две зоны: предварительного подогрева металла (методическая зона), интенсивного нагрева (сварочная зона) и выдержки металла с целью выравнивания температур по сечению слитка (томильная зона). Количество зон и тепловой режим каждой из них выбирают в соответствии с требуемым режимом нагрева заготовок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные

 

1. Номер варианта: 1
2. Производительность печи: G=0.2
3. Размер заготовок: a x b x l  [50 x 50 x 1000]
4. Материал: углеродистая сталь
5. Температура нагрева: t_мk = 900 °C
6. Вид топлива: Газлинский природный газ

_{, , , ,}

7. Температура топлива:
8. Температура воздуха:
9. Коэффициент избытка воздуха:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет горения топлива

 

Состав топлива: CH₄=94.2%, C₂H₆=2.45%, C₃H₈=0.38%, CO₂=0.13%, N₂=2.6%

 

По выбранному составу  топлива последовательно определяем:

 

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 м³ природного газа:

                                 _(1.1)

 

 

Действительное количество воздуха необходимое для сгорания 1 м³ природного газа, с учетом коэффициента избытка воздуха:

                                                                       _(1.2)

 

Количество и состав продуктов  полного сгорания по отдельным компонентам при сжигании природного газа:

                                                                     _(1.3)

                                                   _(1.4)

 

                                                                                           _(1.5)

 

                                                                                       _(1.6)

 

 

Суммарное количество продуктов  горения:

                                                                             _(1.7)

 

 

Процентный состав продуктов горения:

                                                                                                 _(1.8)

                                                                                                 _(1.9)

                                                                                                    _(1.10)

                                                       

                                                                                                    _(1.11)

                                                       

 

Калометрическая температура горения:

_{,                              (1.12)}

 

где  - низшая теплота сгорания топлива;

- энтальпия топлива при температуре  ;

- энтальпия воздуха при температуре  ;

, , , - объемная теплоемкость при температуре ;

 

Низшая теплота сгорания для газообразного топлива:

                _(1.13)

 

 

Энтальпия топлива при температуре  :

  - объемная теплоемкость топлива при температуре   _[1]

                                                                                               _(1.14)

                                                              

Энтальпия воздуха при температуре  ;

  - объемная теплоемкость воздуха при температуре _{[1 ]}

                                                                                        _(1.15)

Принимаем калориметрическую температуру горения

 

Калометрическая температура горения:

 

 

Так как  рассчитанное значение отличается от принятого значения менее чем на 30 , то эта величина не уточняется

 

 

Эффективная температура:

                                                                                            _(1.16)

 

где                                                                                            _(1.17)

                                                                 

                                                                                    _(1.18)

 

 

                                                                                       _(1.19)

 

                                                                                                  _(1.20)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение размеров рабочего пространства печи

 

Находим величину активной площади пода:

                                                                                                  _(2.1)

_{Pакт – напряженность пода (0,09…0,22)}

_{= 1.538 м²}

 

Число заготовок, одновременно находящихся  на поду:

                                                                                                            _(2.2)

 

где f – площадь, которую занимает одна заготовка ,м²

                                                                                                       (2.3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис 1 – Схема расположения заготовок на поду печи

 

Длина пода:

                                                                                                        _(2.4)

где  - зазор между заготовками

 

 

Ширина пода:

                                                                                             _(2.5)

 

Действительная площадь пода:

                                                                                                    _(2.6)

 

Коэффициент загруженности пода:

                                                                                                            _(2.7)

 

Высота рабочего пространства печи: